Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы (1988) (1095417), страница 96
Текст из файла (страница 96)
!4. Схемы выборки и хранения Основной областью применения аналоговых ключей являютс~ схемы выборки и хранения. Они используются для запоминания аналогового входного напряжения в течение очень короткого вре меннбго интервала, обычно от 1 до 10 мкс и хранения этого выб. раиного напряжения в течение продолжительного периода вре мени — от нескольких микросекунд до нескольких секунд, Эта схемы часто используются в аналого-цифровых преобразователях, особенно регистрового типа, для поддержания аналогового входного напряжения постоянным в течение цикла преобразования. Схемы выборки и хранения также используются а схемах аналоговых демультиплексоров, схемах сброса, генераторах напряжения ступенчатой формы и других устройствах. На рнс.
8.23 в качестве примера показаны три основные схемы выборки и хранения. В этих схемах в качестве аналогового ключа используется полевой транзистор с рп-переходом, хотя можно применить и МОП-транзистор. На время интервала выборки ключ открывается, и в схемах на рис. 8.23, а и б конденсатор заряжается до уровня аналогового входного напряжения. В конце короткого временпбго интервала выборки аналоговый ключ закрывается, Это позволяет электрически изолировать конденсатор С„от входного сигнала, и напряжение на Сп, а следовательно, и выходное напряжение У„остаются по существу равными входному напряжению, которое было на конденсаторе в конце интервала выборки.
Тем не менее будет наблюдаться некоторый спад напряжения на конденсаторе в течение интервала хранения вследствие различных токов утечки, включая 1оз,о„„, полевого транзистора с рп-переходом, (шх ОУ Ав и внутреннего тока утечки самого конденсатора Сп, В интегральном исполнения все элементы схемы выборки и хранения располагаются на одной подложке, за исключением конденсатора Сп, который, как правило, является внешним компонентом. 8.18.
Приборы с переносом заряда Приборы с переносом заряда состоят из матрицы близко рас. положенных зарядовых элементов памяти в форме МОП-кон денсаторов. При подаче синхронизнрующего напряжения заряд 553 Инямгральяьм схемы специального на»на»гния еремещается от одного элемента матрицы к другому и т. д. Разлит два основных типа приборов с переносом заряда (ППЗ)~ приборы с зарядовой связью (ПЗС) и ПЗС ти па е пожар на я це- унраНляюгаеелаяряхсеяае а Мя Уира еляюгаее 1 ранрягкеяие 'лара бляюигее ~ ралгряхкеяие ж рис. 8.23.
а и б — основные схемы выборки и хранения; в — схема выборка а хрьнения с ковффнпиентом усиления по напряжению. почка». Оба ти~а приборов могут содержать до 1000 зарядовых элементов памяти. Приборы с переносом заряда широко используются в самых различных системах обработки аналоговых сигналов. В большин- 18 сокяоф а. Глава 8 стае случаев приборы с переносом заряда выполняют функци линии задержки аналоговых сигналов, Получаемые времена за. держки лежат в диапазоне примерно от 25 мкс (512-каскадный прибор) до почти 100 мс. Время задержки можно очень точно ре. гулировать за счет изменения частоты синхронизации. Преци. зионное управление временем задержки — одно из основных преимуществ, отличающих ППЗ от ультразвуковых линий зз держки, В ультразвуковых линиях задержки аналоговый сигнал при помощи пьезоэлектрического преобразователя преобразуется в звуковую волну и пропускается через какую-либо подходящую среду, например через кварцевый стержень, а затем снова преобразуется в электрический сигнал вторым пьезоэлектрическим преобразователем.
Причем в отличие от ППЗ результирующее время задержки регулироваться не может. И ПЗС и ПЗС типа «пожарная цепочка» можно использовать в большинстве схем фильтрации аналоговых сигналов, гребенчатых, рекурсивных и трансверсальиых фильтрах. Еще одна область применения ППЗ, связанная с фильтрацией, — корреляторы авзлоговых сигналов.
С помощью ППЗ получают разнообразные звуковые эффекты: реверберацию, эхо, вибрато, тремоло н эффект хора, осуществляют сжатие и растяжение полосы речевого сигнала и кодирование голоса. Приборы с переносом заряда можно использовать в качестве аналоговой динамической памяти или сдвиговых регистров для обеспечения временного хранения аналогового сигнала, Это наиболее эффективно в быстродействующих системах звукозаписи и видеозаписи на магнитную ленту с временнбй коррекцией. В системах видеозаписи для временного хранения одной строки видеосигнала ППЗ используют для обеспечения компенсации »выпадения» видеосигнала. Если произошла частичная нли полная потеря сигнала в пределах одной строки записанного на магнитную ленту телевизионного сигнала, то вместо нее используют предыдущую строку, при этом результирующее влияние на телевизионное изображение почти незаметно.
Приборы с переносом заряда также можно использовать в качестве сдвиговых регистров (как типа последовательный вход/параллельный выход, так и параллельный вход/последовательный выход) для мультиплексирования, демультиплексирования и кодирования аналоговых сигналов. Еще одной облзстью применения ППЗ являются ультразвуковые системы. При включении на пути сигнала линейки ППЗ времена задержки включения входных электрических сигналов для матрицы ультразвуковых преобразователей будут иметь различные значения, при этом ультразвуковые преобразователи становятся фазированной решеткой, у которой диаграмма нзправлен- Инаеераеьные схемы енециаеьноео ни«на«енин „сти, направление и фокусировка излучения электрически управ- „ются за счет изменения времен задержки ППЗ.
Важная область применения ППЗ вЂ” линейные и двумерные атчнки изображения. В линейных датчиках изображения фотолектроны, которые вырабатываются матрицей светочувствительных элементов небольшой площади, например фотодиодов, переносятся на расположенную рядом матрицу ППЗ. Матрица ППЗ работает как аналоговый сдвпговый регистр с параллельным входом и последовательным выходом.
Пакеты фотоэлектронов после переноса в параллельном виде в ППЗ могут под управлением сннхроимпульсов в последовательном виде выдаваться из матрицы ППЗ. Таким образом, выходной сигнал не что иное, как представленное в последовательном виде изображение вдоль линейки светочувствительных элементов. Двумерные датчики изображения работают точно так же. Параллельной матрицей светочувствительных элементов генерируются фотоэлектроны, которые переносятся в соседнюю матрицу ППЗ, выполняющую функцию сдвнгового регистра с параллельным входом и последовательным выходом.
Затем пакеты фото- электронов выдаются построчно из этой матрицы ППЗ при помощи другого сдвигового регистра с параллельным входом н последовательным выходом. 8,16. Оптоэлектронные ИС Область оптоэлектроники очень обширна, и подробное изучение всех ее аспектов выходит далеко за рамки данной книги. Поэтому ограничимся лишь кратким рассмотрением нескольких наиболее важных оптоэлектронных ИС и связанных с ними дискретных Устройств. Фотодиоды и фотодиодиые матрицы.
Фотодиод — это диод на основе ра-перехода, причем подавляющая часть поверхности этого перехода металлизапией не покрывается, а в корпусе предусмотрено прозрачное «окно», что позволяет потоку света (фотонам) падать на полупроводник. Поглощаемые полупроводником фотоны вызывают генерацию свободных электронов и дырок, которые «собираютсяь рл-переходом и приводят к существенному Увеличению обратного тока через диод.
В р(п-фотодиоде используется р'пп' (или л'рр'-) структура, которая при определенном смещении, необходимом для полного истощения слаболегированного и- (или р-) эпнтаксиальиого слоя, пмеет очень небольшую емкость. Зто позволяет достичь очень высокого быстродействия. Повинные фотодиоды смещены в область лавинного пробоя достаточно близко к напряжению пробоя. Процесс лавинного размножения позволяет получить очень высокий коэффициент усиления по току. 18' Фототранзистор представляет собой сочетание фотодиода н транзистора на одном кристалле кремния. В этом случае фототок, вырабатываемый фотодиодом, умножается на коэффициент пе.
редачи по току транзистора. Фототрвнзистор Дарлингтона — со. четание фотодиода и двух транзисторов, включенных по схеме Дарлингтона. Схема Дарлингтона позволяет получить очень высокий коэффициент передачи по току, на который умножается фототок, вырабатываемый фотодиодом. Светодиоды. Светоизлучающие диоды (СИД) — это диоды, выполненные на основе соединений, включающих два или три элемента 111 — Ч групп периодической системы элементов, таких, как СаАз, баА)Аз и баАзР. При смещении рп-перехода в прямом направлении через него будут протекать электроны и дырки, После пересечения электронами и дырками рл.-перехода они становятся неосновиыми носителями, а последующая рекомбинапня этих неосновных носителей с основными носителями по обе сто. роны перехода вызывает эмиссию фотонов. Кремний не подходит для СИД, поскольку процесс рекомбинации электронов и дырок в нем не вызывает излучения, вырабатывается в основном тепло, а пе свет.
Оптроны. Это простая гибридная ИС, в которой конструк. тивно объединены СИД и фотодиод или фототранзистор. Свет, испускаемый СИД, воспринимается фотодиодом или фототраизистором, что обеспечивает одностороннюю оптическую связь сигнала между входом и выходом с очень высокой степенью электрической изоляции. Щелевые и отражающие модули оптической связи. Это спе.
циальные типы оптронов, в которых оптическая связь либо разрывается (щелевые модули), либо устанавливается (отражающие модули). (Эти устройства также называют оптическим прерывателем, так как пара СИД вЂ” фотодиод, разделенная прорезью («ще. лью»), разрывает оптическую связь при попадании в прорезь непрозрачного материала, и индикатором отраженного света, так как он устанавливает оптическую связь через отражающую поверхность, если ее расположить вблизи этого индикатора,— Перев.) Эти устройства находят широкое применение в областях связи и управления. Датчики изображения. Эти ИС представляют собой линейную или двумерную матрицу фоточувствительных элементов, расположенных на общей кремниевой подложке.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
